Die Arktis ist eine der am stärksten vom Klimawandel betroffenen Regionen: Luft- und Wassertemperatur steigen deutlich schneller als im globalen Durchschnitt. Im Mittel betrug der Temperaturanstieg im 20. Jahrhundert in der Arktis etwa 2° C – in manchen Regionen sind die Lufttemperaturen sogar um 5°C gestiegen. Auch für die Zeit bis 2100 gehen Klimaforscher von einer weiteren Erwärmung bis etwa 6° C aus. Die Folgen dieser Erwärmung sind weitreichend: In den letzten Jahrzehnten ist ein drastischer Rückgang des arktischen Meereises zu beobachten. Die Eisdecke des Nordpolarmeeres schrumpft während der Sommermonate nicht nur in ihrer Ausdehnung, sondern auch in ihrer Dicke. Im September 2012 betrug die Meereisausdehnung 3,41 Millionen Quadratkilometern – das bisherige absolute Minimum und gleichzeitig in etwa nur die Hälfte der durchschnittlichen Ausdehnung der Jahre 1979 bis 2000 zur Zeit des jährlichen Minimums. Auch die Dicke des Eises hat Auswirkungen: Dünnes Eis bricht – beispielsweise bei Stürmen – leichter auf und schmilzt schneller. Dementsprechend sinkt auch der Anteil an mehrjährigem Eis auf der Meeresoberfläche. Setzt sich dieser Trend auf lange Sicht fort, ist davon auszugehen, dass in wenigen Jahrzehnten der Arktische Ozean zumindest während der Sommermonate weitgehend eisfrei sein wird. Bereits jetzt sind Nordost- und Nordwestpassage während der Sommermonate teilweise mit Schiffen befahrbar.
Weitere Folgen des globalen Klimawandels sind ein langsames Auftauen der Permafrostböden: Seit 1990 hat sich die maximale Fläche an gefrorenem Boden auf der Nordhalbkugel um sieben Prozent verringert. Dadurch können Küstengebiete erodieren und neue Feuchtgebiete entstehen. Aus dem tauenden Boden entweicht zudem mehr CO2 und Methan, was den Klimawandel weiter vorantreibt. Darüber hinaus nehmen Niederschläge – vor allem in Form von Regen – seit Jahren zu. Wenn Regen auf Schnee fällt, wird dadurch eine schnellere Schneeschmelze verursacht. Laut einem Bericht zu den Auswirkungen des Arktischen Klimas (Arctic Climate Impact Assessment), den der Arktische Rat in Auftrag gegeben hat, werden die Niederschläge in den kommenden Jahrzehnten insgesamt – besonders jedoch während der Herbst- und Wintermonate – zunehmen.
Nicht zuletzt wirken sich die steigenden Temperaturen auch auf die Gletscher der Arktis aus, die sich größtenteils auf Grönland befinden. Nach der Antarktis weist Grönland den zweitgrößten Eisschild der Erde auf. In Folge des Klimawandels schmilzt derzeit auf einem Viertel der Insel das Eis, ohne dass dieses vollständig nachgebildet wird, was zu einem enormen Massenverlust von mehreren Milliarden Tonnen Eis pro Jahr führt.
Insgesamt führen die Auswirkungen der Klimaveränderung zu diversen Rückkoppelungsmechanismen – das heißt, durch die Erwärmung bedingte Folgen haben wiederum Auswirkungen auf den Umfang der weiteren Erwärmung. So bewirkt beispielsweise ein Abschmelzen des Meereises auf dem Arktischen Ozean, dass dieser sich durch Sonneneinstrahlung schneller erwärmen kann, was wiederum zur schnelleren Eisschmelze auf dem Ozean beiträgt.